Жмакіна Валерія Валеріївна

магістр кафедри Інформаційно-мережної інженерії

Харківський національний університет радіоелектроніки

Україна, м. Харків 

 

Броневицький Владислав Олександрович

магістр кафедри Інформаційно-мережної інженерії

Харківський національний університет радіоелектроніки

Україна, м. Харків

 

 Анотація: Мережі IPTV – це персональні, індивідуальні мережі, в яких кожен користувач може обирати контент на свій смак. Основною проблемою для служби IPTV є надання необхідної якості обслуговування (QoS). Якість обслуговування оцінюється багатьма параметрами мережі, основними з яких, є: пропускна спроможність мережі, допустимий відсоток втрати пакетів при передачі, затримка передачі та джитер.

 Метою роботи є класифікація методів обслуговування черг на мережному рівні для забезпечення заданої якості послуг.

 Ключові слова: IPTV, QoS, FIFO, PQ, CQ, WFQ.

 

 Для забезпечення вимог передачі трафіку IPTV необхідно використовувати диференційоване та гарантоване обслуговування трафіку, яке реалізується програмними системами ядра станції. Засобами, що забезпечують якість згідно з вимогами до цього типу трафіку, є алгоритми розподілу ресурсів, керування трафіком, обслуговування внутрішніх черг комутаційних вузлів.

 Задача розподілу ресурсів каналів між потоками даних вирішується встановленням порядку обслуговування пакетів і організацією черг. Передача пакетів з черги здійснюється за алгоритмом її обслуговування. Черги є тим інструментом управління перевантаженням, який приходить на допомогу у випадку, коли мережевий пристрій не встигає обробляти пакети та передавати їх на вихід з такою інтенсивністю, з якою вони надходять на вхід. 

 Як відомо, мультимедійний трафік характеризується достатньо високою чутливістю до затримок під час передавання даних та втрати пакетів. Тому саме для додатків реального часу є однаково важливими вимоги до часу затримки та смуги пропускання. Для боротьби з цим розроблено різні методи управління буферним простором. Всі пакети перед опрацьовуванням спочатку буферизуються, таким чином створюються черги на обслуговування. 

 До основних механізми управління перевантаженням (Congestion Management) входять такі алгоритми обслуговування черг:

  1. FIFO (First In − First Out) – елементарна черга з послідовним проходженням пакетів, що працює за принципом “перший прийшов – перший пішов” (рис.1.1).

 

 

 

Рисунок 1.1 – Алгоритм FIFO

 

 На інтерфейсі організовується єдина черга, її довжина за замовчуванням становить 40 пакетів. Тому порядок обслуговування пакетів повністю визначається порядком їх надходження в чергу, тобто не залежить від пріоритету пакета, його класу або довжини. Відсутність диференціації в обслуговуванні є основним недоліком даного рішення.

  2. PQ (Priority Queuing) – алгоритм обслуговування черг з абсолютним пріоритетом, організовує вже чотири черги: {high | medium | normal | low}, які за замовчуванням мають максимальну довжину в 20, 40, 60 і 80 пакетів відповідно (рис1.2).

 

 

 

Рисунок 1.2 – Алгоритм PQ

 

 Планувальник пакетів в цьому механізмі працює по наступному принципу: пакети з даної черги почнуть обслуговуватися в тому випадку, якщо більш пріоритетні черги в цей момент часу порожні. Таким чином, мережевий адміністратор, як і в випадку з FIFO, ніяк не може вплинути на порядок обслуговування пакетів в чергах – все визначається пріоритетом черги. Однак на людину повністю перекладаються функції щодо заповнення черг шляхом формування списків доступу (Access Control Lists, ACLs) в режимі командного рядка (Command Line Interface, CLI). Саме в цих списках закладена можливість обліку параметрів переданих пакетів (IP-адрес відправника і одержувача, номерів портів, пріоритету пакета, типу використовуваного протоколу, коду довжини і ін.). Пріоритетне обслуговування черг забезпечує високу якість сервісу для пакетів з найбільшим пріоритетом у черзі.

  3. CQ (Custom Queuing) – алгоритм замовленого обслуговування черг , що забезпечує настроювані черги, передбачає управління частиною смуги пропускання каналу для кожної черги. За допомогою цього алгоритму можна організувати 16 черг (і 1 системна). Заповнення черг здійснюється в ході формування ACLs. Обслуговування черг, тобто визначення черговості передачі пакетів з черги в канал, здійснюється в карусельному режимі (Round Robin), але число відправлених пакетів за один цикл перегляду черги регулюється з допомогою керуючого параметра – лічильника байт (Byte Counter). Цей лічильник «за замовчуванням» для кожної черги дорівнює 1500 байт. Трафік ділиться на кілька класів, і для кожного вводиться окрема черга пакетів. З кожною чергою зв'язується частка пропускної здатності вихідного інтерфейсу, що гарантується даному класу трафіку при перевантаженнях цього інтерфейсу (рис. 1.3).

 

 

 

Рисунок 1.3 – Алгоритм CQ

 

 Таким чином, можливості по диференціації даного механізму вище, ніж в FIFO і PQ, тому що з його допомогою можна налаштувати більше число черг. Крім того, за допомогою лічильника байт можна досить точно розподілити пропускну здатність інтерфейсу в заданій пропорції між окремими чергами. До недоліків механізму CQ варто віднести відсутність обліку пріоритету пакета та інших його параметрів при організації процесу обслуговування.

  4. WFQ (Weighted Fair Queuing) – зважений алгоритм рівномірного обслуговування черг на основі розрахунку порядкового номеру пакету, який передбачає збільшення або зменшення розміру черги в залежності від рівня пріоритету.

 Вага класів трафіку призначається автоматично, на підставі деякої адаптивної стратегії. Виробники мережного обладнання пропонують численні власні реалізації WFQ, що відрізняються способом призначення ваг і підтримкою різних режимів роботи, тому в кожному конкретному випадку необхідно уважно вивчити всі деталі підтримуваного WFQ.

 Найбільш поширена схема передбачає існування однієї особливої черги, яка обслуговується за пріоритетною схемою – завжди в першу чергу і до тих пір, поки всі заявки з неe не будуть виконані. Ця черга призначена для системних повідомлень, повідомлень управління мережею і, можливо, пакетів найбільш критичних і вимогливих додатків. У всякому разі, передбачається, що цей трафік має невисоку інтенсивність, тому значна частина пропускної здатності вихідного інтерфейсу залишається для інших класів трафіку. Решту черги пристрій переглядає послідовно, відповідно до алгоритму зваженого обслуговування (рис. 1.4). Адміністратор може задати вагу для кожного класу трафіку аналогічно тому, як це робиться в разі зваженого обслуговування. Варіант роботи за замовчуванням передбачає для всіх інших класів трафіку рівні частки пропускної здатності вихідного інтерфейсу.

 

 

 

Рисунок 1.4 – Алгоритм WFQ

 

 Отже можна відмітити, що алгоритм FIFO допускає доволі великі втрати пакетів для всіх типів трафіку, а дія алгоритму PQ спрямовується на обробку потоків з високим пріоритетом. Щодо алгоритму CQ, то по всіх параметрах задовольняються граничні умови для кожного потоку, окрім випадку для кількості втрачених пакетів IP-телефонії. В порівнянні з іншими, алгоритм WFQ забезпечує задовільну якість обслуговування за всіма критеріями. Втрати, затримка і джитер не перевищують граничних значень.

 

Література:

1 IP Quality of Service, Srinivas Vegesna Copyright© 2003 Cisco Press, Cisco Systems.

2 Minoli, Daniel, 1952- IP multicast with applications to IPTV and mobile DVB-H / Daniel Minoli. Published by John Wiley & Sons.